簡介

X 射線成像的應(yīng)用范圍很廣，從醫(yī)學(xué)診斷到安全檢查和食品檢驗(yàn)，它可以根據(jù)需要來識別材料、找出缺陷并計(jì)算數(shù)量。無論用途為何，X 射線成像都必須精確且高質(zhì)量。

MDC91128是一款高度集成的低噪聲、電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，可用于掃描 2D X 射線、3D 計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT) 以及其他高通道數(shù)的光電二極管應(yīng)用。圖 1 顯示了采用 MDC91128 的系統(tǒng)完成的X 射線掃描示例。

X射線掃描系統(tǒng)

在用于行李掃描儀和其他安全與質(zhì)量檢查的典型X 射線掃描應(yīng)用中，X 射線源直接指向傳送帶上、X 射線下方通過的物體（見圖 2）。

當(dāng) X 射線穿過目標(biāo)物體時(shí)，它們會隨著路徑中材料的密度而衰減。將 X 射線轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式需要幾個(gè)步驟。首先，在移動的傳送帶下方，有線性（1 像素寬x多像素長）光電二極管探測器陣列暴露在穿透目標(biāo)物體的 X 射線之下。

由于硅光電二極管能夠比 X 射線光子更有效地檢測可見光光子，因此在硅光電二極管頂部疊加一層閃爍體材料。這種材料會響應(yīng) X 射線的激勵(lì)而產(chǎn)生可見光光子。隨后，閃爍體下方的光電二極管陣列會產(chǎn)生與可見光成比例的微小電荷。

像素信號一旦進(jìn)入電氣域，模擬/混合信號 IC 就對其進(jìn)行處理，并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 MPS 的 MDC91128 可直接連接光電二極管陣列的輸出并對其進(jìn)行數(shù)字化。

MDC91128簡介

MDC91128是一款具有 128 個(gè)并行信號通道的電流輸入 ADC，它是 MPS 提供的ΔΣ ADCs系列產(chǎn)品之一。該器件的每個(gè)通道都包含一個(gè)放大器和一個(gè) 20 位或 16 位 delta-sigma (ΔΣ) ADC（見圖 3）。

該器件的傳感器陣列連接方法，讓每個(gè)光電二極管都能為 MDC91128 的輸入引腳之一提供電流。由于平均電流(I)等于接收到的電荷量 (Q) 除以積分時(shí)間 (t)，因此可用以下公式 (1) 來計(jì)算：

輸入范圍和積分時(shí)間可根據(jù)預(yù)期的滿量程電流來選擇。MDC91128 支持從 4pC 到 25pC 的輸入范圍，以及從 166μs 到 100ms 的積分時(shí)間。10pC 輸入和 100ms 積分時(shí)間支持 100pA 的平均滿量程輸入電流；25pC 輸入和 250μs 積分時(shí)間支持 100nA 的平均滿量程輸入電流。靈活的配置特性使 MDC91128 能夠支持各種信號電平的應(yīng)用。

128 個(gè)輸入通道被分為兩個(gè) 64 通道組，兩組可以分別控制輸入范圍和積分時(shí)間。積分放大器的輸出電壓由 ADC 隨后轉(zhuǎn)換為可選的16 位或 20 位數(shù)字結(jié)果。MDC91128 的架構(gòu)允許無死區(qū)時(shí)間的背靠背積分周期，確保了無損捕獲全部曝光過程。

當(dāng)輸入范圍設(shè)置為 25pC 且輸入電容為 20pF 時(shí)，MDC91128 可實(shí)現(xiàn)滿量程范圍，均方根 (rms) 噪聲低于 19ppm（見圖 4）。這相當(dāng)于 2,728 個(gè)電子，實(shí)現(xiàn)了具有高動態(tài)范圍的 X 射線掃描。

轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被送入片上 FIFO 緩沖區(qū)，通過串行端口可訪問該區(qū)域。緩沖區(qū)為 MDC91128 的 128 個(gè)通道中的每一個(gè)通道都保存 32 個(gè)結(jié)果（20 位或 16 位）。這緩解了從 MDC91128 回讀數(shù)據(jù)的系統(tǒng)時(shí)序挑戰(zhàn)。串行端口的運(yùn)行頻率高達(dá) 40MHz ，具有雙輸出，并支持 80Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。

X 射線掃描探測器通常都需要多于 128 個(gè)通道，MDC91128 的輸出數(shù)據(jù)可采用菊花鏈拓?fù)浼壜?lián)，從而實(shí)現(xiàn)從多個(gè)串聯(lián)的 MDC91128 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 IC 中順序回讀數(shù)據(jù)（見圖 5）。

結(jié)語

MDC91128具備可配置性、高性能和高集成度等多項(xiàng)優(yōu)勢，可為 X 射線掃描系統(tǒng)和工業(yè)成像應(yīng)用提供高性價(jià)比、高質(zhì)量的圖像。與此同時(shí)，MPS 還在不斷豐富其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系列產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于 X 射線成像、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)。